基于有限元生物力学模型研究前交叉韧带重建术中最佳骨道定位

目的 基于三维有限元生物力学模型,模拟计算前交叉韧带(ACL)重建术中选择不同骨道后移植物的应力,探讨重建术中最佳骨道定位.方法 选择中国数字化人体5号数据集(CVH-5)膝关节的连续横断面断层图像,对膝关节结构进行分割、三维重建、模型优化和网格划分,并设置材料参数和边界条件,完成膝关节三维有限元模型的建立和验证.找到ACL在股骨和胫骨上的中心点,在膝关节屈曲90°时于胫骨止点中心点及与中心点间隔2 mm向前、后、内、外4个方向取点作为移植物胫骨骨道定位点;以股骨止点中心点及与中心点间隔2 mm向前、后、上、下4个方向取点作为移植物股骨骨道定位点,在膝关节屈曲0°、30°、60°、90°和120°时,模拟25种骨道定位的力学仿真,测量ACL重建术中选择不同骨道点后移植物的应力分布,并进行计算和分析.结果 本研究成功建立了膝关节三维有限元模型,包含膝关节骨、软骨、内外侧半月板、前后交叉韧带和内外侧副韧带等14个部件,总计53866个单元.力学仿真结果显示,ACL重建术后骨道移植物在膝关节屈伸活动过程中所受应力主要集中在股骨止点及胫骨止点,在股骨止点下部及胫骨止点后部形成峰值,并呈波浪状向四周逐渐减小,移植物中部所受应力相对较小.重建后移植物应力值及变化范围最小的骨道为T1-F3,该骨道在膝关节屈曲0°～120°时的应力值在股骨止点为(14.11±5.38)MPa,在胫骨止点为(6.30±3.22)MPa.结论 本研究利用有限元生物力学模型分析得出ACL重建术中最佳骨道定位点为T1-F3,为临床解剖学和生物力学提供了理论依据和参考数据.